Struktura metali żelaznych, rodzaje, właściwości, właściwości i przykład



The metale żelazne są te, które zawierają żelazo (Fe), jak również małe ilości innych metali, które są dodawane, aby nadać pewne korzystne właściwości ich stopom. Chociaż żelazo może występować w kilku stanach utleniania, najczęściej występują +2 (żelazo) i +3 (żelazo).

Jednakże określenie „żelazny” odnosi się do obecności żelaza niezależnie od jego stanu utlenienia w materiale. Żelazo jest czwartym najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej, ale globalnie jest głównym elementem ziemskim. Dlatego historycznie i przemysłowo metale żelazne uczestniczyły w ewolucji człowieka.

Tak było ze względu na dużą obfitość i modyfikowalne właściwości. Te metale żelazne zaczynają się od ekstrakcji żelaza ze źródeł mineralogicznych, takich jak: hematyt (Fe2O3), magnetyt (Faith3O4) i siderita (FeCO3). Ze względu na wydajność, tlenki te są bardziej pożądane w obróbce żelaza.

Górny obraz przedstawia żeliwo żarowe „język ognia”. Spośród wszystkich metali żelaznych najważniejszy jest stop żelaza z małymi ilościami dodanego węgla: stal.

Indeks

  • 1 Struktura
  • 2 Charakterystyka i właściwości
  • 3 Przykłady
    • 3.1 Żelazo kute lub słodkie
    • 3.2 Surowe żelazo lub surówka
    • 3.3 Czyste żelazo
    • 3.4 Żeliwo lub żeliwo (odlewnie)
    • 3.5 Szare żelazo
    • 3.6 Żeliwo sferoidalne
    • 3.7 Stale
  • 4 Stal i jej zastosowania
    • 4.1 Węgiel lub stal konstrukcyjna
    • 4.2 Stal krzemowa
    • 4.3 Stal ocynkowana
    • 4.4 Stal nierdzewna
    • 4.5 Stal manganowa
    • 4.6 Stal nierdzewna
  • 5 referencji

Struktura

Ponieważ żelazo jest głównym składnikiem metali żelaznych, ich struktury składają się z krystalicznych deformacji ich czystego ciała stałego.

W związku z tym stopy żelaza, takie jak stal, nie są niczym więcej niż śródmiąższowym włączaniem innych atomów w układ krystalicznego żelaza.

Co to za układ? Żelazo tworzy alotropy (różne struktury stałe) w zależności od temperatury, w jakiej jest eksponowane, zmieniając jego właściwości magnetyczne. Tak więc w temperaturze pokojowej przedstawia tablicę bcc, znaną również jako żelazo alfa (sześcian po lewej, górny obraz).

Jednak w zakresie wysokich temperatur (912-1394 (ºC)) układ pokazuje ccp lub fcc: żelazo-gamma (sześcian po prawej). Po przekroczeniu tej temperatury żelazo powraca do formy bcc, aby w końcu stopić.

Ta zmiana struktury alfa-gamma jest znana jako przemiana fazowa. Faza gamma jest w stanie „uwięzić” atomy węgla, podczas gdy faza alfa nie.

Tak więc, w przypadku stali, jej strukturę można wizualizować jako zestawy atomów żelaza otaczających atom węgla.

W ten sposób struktura metali żelaznych zależy od rozkładu faz żelaza i atomów innych gatunków w ciele stałym.

Charakterystyka i właściwości

Czyste żelazo jest miękkim i bardzo plastycznym metalem, bardzo wrażliwym na korozję i utlenianie czynników zewnętrznych. Jednakże, gdy zawiera różne proporcje innego metalu lub węgla, nabiera nowych właściwości i właściwości.

W rzeczywistości to te zmiany sprawiają, że metale żelazne są przydatne w niezliczonych zastosowaniach.

Stopy żelaza są ogólnie odporne, trwałe i wytrzymałe, o jasnych odcieniach szarości i właściwościach magnetycznych.

Przykłady

Kute żelazo lub słodkie

Ma zawartość węgla mniejszą niż 0,03%. Ma kolor srebrny, łatwo się utlenia i pęka wewnętrznie. Ponadto jest plastyczny i formowalny, dobry przewodnik prądu i trudny do spawania.

Jest to rodzaj metalu żelaznego, którego człowiek użył po raz pierwszy w produkcji broni, naczyń i konstrukcji. Obecnie stosowane w płytach, nitach, siatkach itp. Ponieważ jest dobrym przewodnikiem elektrycznym, jest używany w rdzeniu elektromagnesów.

Żelazo w szorstkim lub żeliwie

W początkowym produkcie wielkich pieców zawiera 3-4% węgla i ślady innych pierwiastków, takich jak krzem, magnez i fosfor. Jego głównym zastosowaniem jest ingerencja w produkcję innych metali żelaznych.

Czyste żelazo

Jest to szaro-biały metal o właściwościach magnetycznych. Pomimo swojej twardości jest kruchy i łamliwy. Jego temperatura topnienia jest wysoka (1500 ° C). Szybko się utlenia.

Jest dobrym przewodnikiem elektrycznym, więc jest stosowany w elementach elektrycznych i elektronicznych. Reszta jest mało użyteczna.

Żeliwo lub żeliwo (odlewnie)

Mają wysoką zawartość węgla (od 1,76% do 6,67%). Są twardsze niż stal, ale bardziej kruche. Topią się w niższej temperaturze niż czyste żelazo, około 1100 ° C.

Ponieważ można go formować, można wytwarzać z niego elementy o różnych rozmiarach i złożoności. W tego rodzaju żelazie stosuje się żeliwo szare, co nadaje mu stabilność i formowalność.

Mają większą odporność na korozję niż stal. Ponadto są tanie i gęste. Mają płynność w stosunkowo niskich temperaturach i mogą wypełniać formy.

Ponadto mają dobre właściwości kompresji, ale są kruche i łamliwe przed zginaniem, więc nie działają w przypadku bardzo skomplikowanych elementów.

Szare żelazo

Jest to najczęstsze żeliwo, jego szary odcień ze względu na obecność grafitu. Ma stężenie węgla między 2,5% a 4%; dodatkowo zawiera 1-3% silikonu do stabilizacji grafitu.

Przedstawia wiele cech podstawowych żeliw, charakteryzujących się dużą płynnością. Jest nieelastyczny i wygina się na krótko przed złamaniem.

Żeliwo sferoidalne

Dodaje się węgiel w postaci sferycznego granitu w stężeniu od 3,2% do 3,6%. Sferyczny kształt grafitu daje mu większą odporność na uderzenia i plastyczność niż żeliwo szare, co pozwala na zastosowanie go w szczegółach z krawędziami.

Stale

Zawartość węgla między 0,03% a 1,76%. Wśród jego cech są twardość, wytrzymałość i odporność na wysiłek fizyczny. Na ogół łatwo się utleniają. Są spawalne i mogą być przetwarzane w kuźni lub mechanicznie.

Ponadto mają większą twardość i mniej płynność niż żeliwa. Z tego powodu potrzebują wysokich temperatur do przepływu w formach.

Stal i jej zastosowania

Istnieje kilka rodzajów stali, każda o różnych zastosowaniach:

Stal węglowa lub konstrukcja

Stężenie węgla może się różnić, ustanawiając cztery formy: stal miękka (0,25% węgla), stal półsłodka (0,35% węgla), stal półtwarda (0,45% węgla) i twarda (0,5%) ).

Wykorzystywany jest w rozwoju narzędzi, blach stalowych, pojazdów kolejowych, gwoździ, śrub, samochodów i łodzi.

Stal krzemowa

Zwany także stalą elektryczną lub stalą magnetyczną. Jego stężenie krzemu waha się między 1% a 5%, Fe zmienia się między 95% a 99%, a węgiel ma 0,5%.

Ponadto dodaje się niewielkie ilości manganu i aluminium. Ma dużą twardość i wysoką oporność elektryczną. Służy do produkcji magnesów i transformatorów elektrycznych.

Stal ocynkowana

Jest pokryta powłoką cynkową, która chroni ją przed utlenianiem i korozją. Dlatego jest przydatny do produkcji części rur i narzędzi.

Stal nierdzewna

Ma skład Cr (14-18%), Ni (7-9%), Fe (73-79%) i C (0,2%). Jest odporny na utlenianie i korozję. Służy do produkcji sztućców oraz materiałów do cięcia.

Stal manganowa

Jego skład to Mn (10-18%), Fe (82-90%) i C (1,12%). Jest twardy i odporny na zużycie. Jest on używany na szynach kolejowych, sejfach i zbroi.

Stal nierdzewna

Prezentuje 36% Ni, 64% Fe i 0,5% węgla. Ma niski współczynnik rozszerzalności. Jest on używany w konstrukcji skal wskaźnikowych; na przykład: mierniki taśm.

Referencje

  1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Chemia 8 ed., CENGAGE Learning.
  2. Administrator (19 września 2017). Co to jest żelazo, skąd pochodzi i ile jest rodzajów żelaza? Pobrane 22 kwietnia 2018 r. Z: termiser.com
  3. Wikipedia. (2018). Żelazo. Pobrane 22 kwietnia 2018 r. Z: en.wikipedia.org
  4. Metale. Ogólne właściwości. Ekstrakcja i klasyfikacja metali. Pobrane 22 kwietnia 2018 r. Z: edu.xunta.gal
  5. Jose Ferrer. (Styczeń 2018 r.). Charakterystyka metalurgiczna materiałów żelaznych i nieżelaznych. Pobrane 22 kwietnia 2018 r. Z: steemit.com
  6. Eseje, Wielka Brytania. (Listopad 2013). Podstawowe struktury metali żelaznych. Pobrane 22 kwietnia 2018 r. Z: ukessays.com
  7. Cdang (7 lipca 2011 r.). Żelazna Alfa i Żelazna Gamma. [Rysunek] Pobrano 22 kwietnia 2018 r. Z: commons.wikimedia.org
  8. Włodi. (15 czerwca 2008 r.). Warkocze ze stali nierdzewnej. [Rysunek] Pobrano 22 kwietnia 2018 r. Z: commons.wikimedia.org